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StartseiteForschung aktuellEnergiepakete der Zukunft gesucht17.04.2018

BatterietechnikEnergiepakete der Zukunft gesucht

Die Bundesregierung hat 450 Millionen Euro für die Förderung der Akku-Entwicklung zur Verfügung gestellt. So soll auch die heimische Elektroauto-Produktion von asiatischen Konzernen unabhängig gemacht werden. Zunächst einmal gibt es aber handfeste Herausforderungen.

Von Maximilian Schönherr

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"Ich fahre mit Strom" steht an einem elektrisch angetriebenen Opel Ampera, der am 27.04.2016 in Halle (Sachsen-Anhalt) an einer Ladesäule von EnviaM geladen wird. (dpa / picture alliance / Jan Woitas)
Eines der größten Probleme bei E-Autos bleibt die Batterie, um die Energie zu speichern (dpa / picture alliance / Jan Woitas)
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David Greenwood, der Batterie-Experte in England. Er arbeitet beim Britischen Zentrum für Batterieforschung und spricht über "The Faraday Challenge", ein eilig nach dem Brexit-Referendum ausgerufenes 300-Millionen-Euro-Projekt, das ausschließlich dem Zweck dient, die Elektromobilität auf der Insel ins Rollen zu bringen.

Die akademische Forschung wird beim "Faraday Challenge" laut David Greenwood komplett industrie-getrieben sein. Das heißt: weg von akademischen Wünschen und den Präferenzen der Professoren. Wenn ein Kfz-Hersteller eine teilnehmende Universität zum Beispiel fragt: Was machen wir, wenn ein Auto normalerweise nach 15 Jahren verschrottet wird, die Akkublöcke aber schon nach 8 Jahren am Ende sind? Dann muss sich die Universität dieser Frage annehmen.

Herausforderung Batterie: Gewicht, Beschaffenheit, Sicherheit

Der Leiter des BMW-Werks in Dingolfing, Andreas Wendt, kündigte an, dass bei der nächsten Generation rein elektrisch angetriebener Pkw 800 Kilogramm Batterien fest im Unterboden verbaut werden. Schon der Einbau mache Probleme, weil dieses Gewicht neue Anforderungen an den Karosseriebau stelle. Wie man die 800 Kilogramm wieder ausbaut, ist bisher unklar.

In Smartphones, Notebook-Computern und eben auch Elektroautos befinden sich heute Lithium-Ionen-Batterien. Viele Aspekte dieser erfolgreichen Technologie sind noch nicht durchforscht. So gibt es keine Standards für die Zweitverwertung von Akkus. Und für die Rückgewinnung der Rohstoffe aus alten Batterien fehlen industrielle Verfahren. Viele Vorgänge im Inneren werden noch weiter erforscht und modifiziert, unter anderem um Ladezyklen zu verbessern.

Am Kompetenzzentrum "Das virtuelle Fahrzeug" in Graz sieht sich die Physikerin Christiane Essl Lithium-Ionen-Zellen auf ihre Gasentwicklung hin an:

"Wir untersuchen Lithium-Ionen-Zellen und versuchen, daraus Verfahren zu entwickeln, um ein Problem in der Batterie frühzeitig zu erkennen, also ein Frühwarnungssystem für Batteriefehler."

"Die Gase sind in der Lithium-Ionen-Zelle, aber die ist Gottseidank ja verschlossen. Aber wenn eine Zelle aufgehen würde, zum Beispiel bei einem Crash, dann kann es passieren, dass eine exotherme Reaktion entstehen und so können Gase entstehen, Windgase, und können aus der Zelle entweichen."

Lithium-Ionen-Technik: ökologische und ethische Last 

Der Marktforscher Christophe Pillot von der französischen Firma Avicenne Energy sagt der heute gängigen Lithium-Ionen-Technik eine sichere Zukunft bis mindestens 2025 voraus. Am teuersten sind die Rohmaterialen der Zellen, vor allem Kobalt als der Stoff, aus dem Kathoden gemacht werden. Kobalt, so Pillot und auch die schwedische Markforscherin Helene Berg auf dem Kongress, hat einen schweren ökologischen Rucksack: Das Metall wird vorwiegend im Kongo unter teilweise hoch problematischen Verhältnissen gewonnen, nämlich mit Kinderarbeit, als Nebenprodukt des Nickel-Kupfer-Abbaus - mit Kollateralschäden für die Umwelt und Infrastruktur. Eine eigene Forschung, wie man explizit Kobalt gewinnt, gibt es nicht. Die Minenbetreiber verdienen mit Nickel und Kupfer genug. Christophe Pillot schätzt, dass der Kobalt-Bedarf vor allem wegen der Elektromobilität von heute 40.000 Tonnen auf das Dreifache im Jahr 2025 ansteigen wird.

Unzureichende Alternativ-Batterie-Typen

Die alternativen Batterietypen heißen Lithium-Schwefel, Lithium-Sauerstoff, aber auch Magnesium- und Zink-Luft sind gefragt. Sie alle begeistern die Forscher, haben aber Nachteile, vor allem eine geringe Lebensdauer. Die Wissenschaftler experimentieren mit Kathoden und Anoden, die in Schwammstrukturen eingebettet oder durch dünne Schichten vor Zerstörung geschützt werden. Viele Labors konzentrieren sich auf die Flüssigkeit zwischen den Elektroden, den Elektrolyten. Keine dieser Techniken hat es in die Serienreife geschafft.

Anders als bei der Konferenz vor einem Jahr in Aachen spielten diesmal in Münster die Alterung und das Aufladen von Lithium-Ionen-Batterien kaum eine Rolle. Ebenso wenig alternative Stromspeichertechniken wie Feststoffbatterien. Es gab einen Vortrag zum Superkondensator und ersten Einsatzmöglichkeiten bei Lastkraftwagen, um Bremsenergie zu speichern. Aber wegen seiner zehn mal geringeren Energiedichte kommt der Superkondensator gegen den Lithium-Ionen-Akku beim Antrieb von Autos auch nicht an.  

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